JP2004100597A

JP2004100597A - 排気浄化方法及び排気浄化装置

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Publication number: JP2004100597A
Application number: JP2002264348A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Yamashita; 山下　哲也; Toshiaki Tanaka; 田中　俊明; Shinya Hirota; 広田　信也; Takanobu Ueda; 植田　貴宣; Takamitsu Asanuma; 浅沼　孝充; Yasuaki Nakano; 仲野　泰彰
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-09-10
Filing date: 2002-09-10
Publication date: 2004-04-02
Anticipated expiration: 2022-09-10
Also published as: JP4225018B2

Abstract

【課題】排気ガスの捕集容器からの排出に関して自由度の高い排気浄化装置を提供する。
【解決手段】排気浄化装置１０は、内燃機関１の排気通路４から取り込んだ排気ガスを保持可能な捕集容器１１と、捕集容器１１内の排気ガスを浄化するフィルタ２２とを備える。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気浄化方法及び排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気ガスを浄化する技術として、排気通路に設けられたゼオライト触媒からＮＯｘが放出されるときに、その排気通路に接続された捕集容器に排気ガスを捕集し、その排気ガスをＥＧＲガスとして吸気通路に還流させる排気浄化装置がある（特許文献１又は２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−７０５３９号公報
【特許文献２】
特開２００２−１４７２２７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の捕集容器を備える排気浄化装置は、ＥＧＲ条件に従って、流量、時期を制御する必要があり、排気ガスの捕集容器からの排出に関する制限が多かった。
【０００５】
そこで、本発明は、排気ガスの捕集容器からの排出に関して自由度の高い排気浄化方法及び排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の排気浄化装置は、内燃機関から排出される排気ガスを捕集容器に捕集する工程と、前記捕集容器内に排気ガスを保持しつつ、その排気ガスを前記捕集容器に設けられた浄化手段を利用して浄化する工程とを備えることにより上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
本発明の排気浄化方法によれば、捕集容器内で排気ガスを浄化することから、排気ガスの排出に関して自由度が高くなる。すなわち、捕集容器内の排気ガスを吸気通路や排気通路に還流させることも可能であるし、捕集容器から直接大気へ放出することも可能である。しかも、排気通路で排気ガスを浄化する場合には、排気ガスを逐次浄化して排出する必要性から、排気ガスが触媒に流入してから流出するまでの短時間に排気ガスを浄化しなければならず、迅速な浄化作用を有する触媒を利用しなければならないが、捕集容器にて浄化する場合には、排気ガスを逐次浄化して排出する必要はなく、繰り返し排気ガスを触媒に接触させることも可能であり、浄化作用が徐々に出現する触媒を利用することも可能である。さらに、捕集された排気ガスは次第に冷却されることから、常温で使用される触媒を利用することも可能である。常温で使用される触媒としては、例えば、複合酸化物、塩化パラジウム、パラジウム、白金、金等が利用可能である。
【０００８】
本発明の排気浄化方法において、前記浄化する工程では、前記捕集容器内の排気ガスが前記浄化手段を通過するように前記捕集容器内で排気ガスを循環させてもよい（請求項２）。この場合、排気ガスが複数回浄化手段を通過することにより、確実に捕集した排気ガスを浄化することが可能である。
【０００９】
本発明の排気浄化方法において、所定のレベルまで浄化された排気ガスを前記捕集容器から排出する工程を更に備えてもよい（請求項３）。この場合、所定のレベルまで浄化された排気ガスを排出することから、有害物質を含む排気ガスの大気への放出を確実に防止することが可能である。
【００１０】
本発明の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路から取り込んだ排気ガスを保持可能な捕集容器と、前記捕集容器内の排気ガスを浄化する浄化手段とを備えることにより、上述した課題を解決する（請求項４）。
【００１１】
本発明の排気浄化装置によれば、捕集容器に排気ガスを捕集することが可能であり、その捕集した排気ガスを浄化手段が浄化することから、本発明の排気浄化方法を実現可能である。ここで、前記浄化手段として吸着触媒が設けられていてもよいし（請求項５）、前記浄化手段として光触媒が設けられていてもよい（請求項６）。
【００１２】
本発明の排気浄化装置において、上述した本発明の排気浄化方法の好ましい態様（請求項２）を実現するために、前記捕集容器内の排気ガスが前記浄化手段を通過するように前記捕集容器内で排気ガスを循環させる循環手段を備えてもよい（請求項７）。
【００１３】
本発明の排気浄化装置において、前記捕集容器は、排気ガスを循環させる循環通路を含んで構成され、前記浄化手段は前記循環通路内の排気ガスを浄化してもよい（請求項８）。この場合、排気ガスの流れが循環通路を介して収束され、効率的に排気ガスが浄化手段を通過することから、速やかに排気ガスを浄化することが可能である。
【００１４】
本発明の排気浄化装置において、前記捕集容器は、排気ガスを蓄える収納部と、前記収納部の外部に設けられる管状部とを含み、前記管状部の内部は前記循環通路として利用され、前記浄化手段は、前記管状部に取り付けられていてもよい（請求項９）。この場合、収納部の容量を節約可能である。また、管状部は収納部に比較して配置位置の自由度が高いことから、浄化手段の配置が容易である。例えば、浄化手段の取り付け位置をメンテナンスが容易な位置とすることが可能である。なお、収納部又は管状部はそれぞれ１つだけ設けられてもよいし、複数設けられてもよい。管状部は１つの収納部に両端を接続されるものであってもよいし、異なる収納部同士を連結するものであってもよい。
【００１５】
本発明の排気浄化装置において、前記捕集容器は、排気ガスを蓄える収納部を含み、前記循環通路は、前記収納部の内部を仕切るように形成されていてもよい（請求項１０）。この場合、上述した管状部を設けることができない場合でも循環通路を形成することが可能である。
【００１６】
本発明の排気浄化装置において、上述した本発明の排気浄化方法の好ましい態様（請求項３）を実現するために、前記捕集容器内の排気ガスの排出を許可する位置とその排出を阻止する位置との間で切り替え可能な弁手段と、前記弁手段の切り替えを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、所定のレベルまで浄化された排気ガスを前記捕集容器から排出するように前記弁手段を制御してもよい（請求項１１）。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の排気浄化装置の実施形態を示す。図１において、内燃機関１は４つのシリンダ２…２が直列に配置された車両用の４気筒エンジンとして構成されている。周知のように、内燃機関１には吸気通路３及び排気通路４が接続され、吸気通路３には吸気濾過用のエアフィルタ５、吸気量調整用のスロットルバルブ６が、排気通路４には排気浄化用の触媒７がそれぞれ設けられている。また、内燃機関１には各シリンダ２に対応してインジェクタ（燃料噴射弁）８…８が設けられている。インジェクタ８は吸気通路３に燃料を噴射するように設けられてもよいし、シリンダ２内に燃料を噴射するように設けられてもよい。内燃機関１は火花点火式又は自着火式のいずれでもよい。触媒７としては三元触媒、ＮＯｘ吸蔵還元触媒等を利用可能である。
【００１８】
内燃機関１の運転状態はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）９により制御される。ＥＣＵ９は、例えばマイクロプロセッサ及びその主記憶装置として機能するＲＯＭ、ＲＡＭ等を組み合わせたコンピュータとして構成され、種々のセンサーからの出力信号を参照して内燃機関１の運転状態の制御に必要な各種の演算処理及び各種の機器の動作制御を実行する。ＥＣＵ９と接続されるセンサとしては、例えば吸入空気量に対応した信号を出力するスロットルセンサ、排気ガス中の酸素量に対応した信号を出力するＯ_２センサ等がある。また、ＥＣＵ９によって動作が制御される機器としては例えばインジェクタ８等がある。
【００１９】
触媒７の活性前あるいは飽和時等に有害物質の排出量を削減するため、内燃機関１は排気浄化装置１０を備えている。排気浄化装置１０は、排気ガスを保持可能な捕集容器１１と、その捕集容器１１と排気通路４とを接続する排気ガス取出し通路１２と、排気ガス取り出し通路１２と排気通路４との接続位置に設けられた切替弁１４と、捕集容器１１に設けられた弁手段としての開閉弁１５とを備えている。
【００２０】
排気取り出し通路１２は触媒７よりも下流側において排気通路４から分岐する。切替弁１４は、触媒７を通過した排気ガスを切替弁１４よりもさらに排気通路４の下流側に導く排気放出位置と、排気ガスを排気ガス取り出し通路１２に導く排気捕集位置との間で切り替え可能である。排気捕集位置において、切替弁１４は排気ガスの全量を排気ガス取り出し通路１２に導いてもよいし、排気通路４の下流側への一部の排気ガスの通過を許容し、残りの排気ガスを排気ガス取り出し通路１２に導いてもよい。
【００２１】
捕集容器１１は所定量の排気ガスを蓄えることが可能な収納部１１ａを備える。収納部１１ａは金属製の箱のように容積不変の剛体容器として構成されてもよいし、容積可変のバッグ状に構成されてもよい。排気ガス取り出し通路１２は金属等の剛体にて構成された配管でもよいし、フレキシブルなチューブでもよい。
【００２２】
開閉弁１５は捕集容器１１に設けられた排出口Ｈを開閉可能である。開閉弁１５が開かれることにより、捕集容器１１に蓄えられた排気ガスは排出口Ｈを介して大気へ直接放出される。なお、捕集容器１１内の排気ガスを車両の適宜の位置から大気へ放出するための通路を捕集容器１１に接続し、開閉弁１５によりその通路を開閉してもよい。
【００２３】
切替弁１４及び開閉弁１５の動作はＥＣＵ９によって制御される。ＥＣＵ９は所定の捕集開始条件が満たされると排気捕集位置に、所定の捕集終了条件が満たされると排気放出位置に切替弁１４を切り替える。捕集開始条件としては、例えば触媒７が活性化されていないこと、触媒７が飽和する時期であることを設定してよい。捕集終了条件としては、例えば触媒７が活性化したこと、排気ガスの捕集量が捕集容器１１の捕集限界に達したことを設定してよい。開閉弁１５の制御については後述する。
【００２４】
捕集容器１１には、捕集容器１１内の排気ガスを浄化するための浄化部１６が設けられている。浄化部１６は、図２に示すように、収納部１１ａに取り付けられた筐体２０と、循環手段としてのファン２１と、浄化手段としてのフィルタ２２とを備える。
【００２５】
筐体２０は収納部１１ａに対して着脱可能に取り付けられている。筐体２０の内部には排気ガスが循環する循環通路２０ａが形成されている。また、筐体２０の上部には循環通路２０ａに排気ガスを導入する取り入れ口２０ｂ、循環通路２０ａから排気ガスを排出する吹き出し口２０ｃが形成されている。なお、循環通路２０ａの上部は収納部１１ａの内部に位置する。換言すれば、循環通路２０ａの一部は筐体２０によって収納部１１ａの内部を仕切るようにして形成されている。
【００２６】
ファン２１は循環通路２０ａに取り付けられ、取り入れ口２０ｂから吹き出し口２０ｃへの排気ガスの流れを発生させる。
【００２７】
フィルタ２２は循環通路２０ａに取り付けられ、フィルタ層２２ａと、フィルタ層２２ｂとを含む。フィルタ層２２ａ、２２ｂには、排気ガスに含まれる有害物質を酸化又は還元する触媒や有害物質を吸着する物質を利用可能である。例えば、有害物質を常温で酸化する触媒として、複合酸化物（ＣｕＯ−ＭｎＯ_２，Ａｇ−Ｍｎ−Ｃｏ等）、塩化パラジウム（ＰｄＣｌ_２−ＣｕＣｌ_２／γ−Ａｌ_２Ｏ_３）、パラジウムまたは白金（Ｐｄ／活性炭，Ｐｄ／ＳｎＯ_２）、金（Ａｕ／α−ＦｅＯ_３）を利用可能である。なお、フィルタ２２が有害物質を酸化するものである場合、排気ガスの酸素濃度が低いときに浄化部１６前でエアを導入可能な構成としてもよい。
【００２８】
以上の構成により、内燃機関１から排出される排気ガスを捕集容器１１に捕集し、捕集容器１１内に排気ガスを保持しつつ、その排気ガスを浄化することが可能である。すなわち、切替弁１４を排気導入位置とすることにより排気ガスを捕集容器１１に捕集し、開閉弁１５を閉じることにより捕集した排気ガスを保持可能である。ファン２１を駆動することにより捕集容器１１内の排気ガスを循環させ、フィルタ２２によってその循環する排気ガスを浄化することが可能である。従って、触媒７の上流側に還流させるだけでなく、捕集容器から直接大気へ放出することも可能であり、排気ガスの捕集容器１１からの排出に関する自由度が高い。ここで、捕集容器１１からの排出は、種々の条件に従って制御してよいが、例えば以下のように行うことができる。
【００２９】
図３は、ＥＣＵ９が実行する排出ルーチンの手順を示すフローチャートである。このルーチンは、例えば、車両のイグニッションスイッチをオン（ＩＧ　ＯＮ）した時点で開始され、その後、所定の周期（例えば１秒）で繰返し実行される。
【００３０】
まず、ＥＣＵ９は、捕集容器１１内の排気ガスが所定レベルまで浄化されたか否かを判定する（ステップＳ１）。所定レベルまで浄化されていないと判定した場合は開閉弁１５を閉じ（ステップＳ２）、所定レベルまで浄化されたと判定した場合は開閉弁１５を開く（ステップＳ３）。
【００３１】
ステップＳ１の所定レベルは、例えば、触媒７が有効に機能している場合の排気ガスの浄化レベルと同等のレベルとしてもよいし、それよりも浄化が進んだレベルとしてもよい。捕集容器１１内の排気ガスの浄化が所定レベルまで浄化されたか否かは、浄化レベルと相関する種々のパラメータに基づいて判定してよい。例えば、捕集を終了してからの経過時間に基づいて判定してもよいし、捕集容器１１内にＣＯ濃度を検出するセンサを取り付け、そのセンサからの信号に基づいて判定してもよい。
【００３２】
以上の処理によれば、所定レベルまで浄化された排気ガスを捕集容器１１から排出可能であり、有害物質の大気への放出を確実に防止することが可能である。
【００３３】
本発明は、以上の実施形態に限定されず、本発明の技術的思想と実質的に同一である限り、種々の形態で実施してよい。
【００３４】
捕集容器１１からの排気ガスの排出に関しては、排気ガスを捕集容器１１から直接大気へ放出する例に限られず、排気ガスを吸気通路３や排気通路４へ還流させるようにして排出してもよい。
【００３５】
フィルタ層に利用する触媒に関しては、図４に示すように、光触媒を利用してもよい。この場合、フィルタ層を照射可能な位置に光源２３を配置する。光触媒としては、例えば、排気ガスを酸化する２酸化チタン（ＴｉＯ_２）を利用可能である。
【００３６】
浄化部１６に関しては、収納部１１ａに筐体２０を設ける例に限られず、図５（ａ）に示すように、収納部１１ａの外部に管状部１１ｂを設け、管状部１１ｂにファン２１、フィルタ２２を取り付けてもよい。
【００３７】
収納部１１ａは一つに限られず、図５（ｂ）に示すように、複数の収納部１１ａ…１１ａが設けられてもよい。この場合、バンパー、ルーフ等の車両の適宜の場所に収納部１１ａを設けることにより、無理なく捕集容器１１の容量の増大を図ることが可能である。また、この場合、図に示すように収納部１１ａ…１１ａ同士を連結する管状部１１ｂにファン２１、フィルタ２２を取り付けてもよい。もちろん、収納部１１ａそれぞれにファン２１、フィルタ２２を取り付けてもよい。
【００３８】
捕集容器１１内の排気ガスを浄化する場合、排気通路４の排気ガスを浄化する場合に比較して、常温で排気ガスを浄化する触媒を利用可能な点において有利である。そこで、図６に示すように、捕集容器１１内の排気ガスを速やかに冷却可能とすることにより、一層有利な効果を奏することが可能である。
【００３９】
図６（ａ）では、収納部１１ａに冷却フィン１１ｃ…１１ｃを設けている。冷却フィン１１ｃによって収納部１１ａの表面積が大きくなり、捕集容器１１内の排気ガスを速やかに冷却することが可能である。
【００４０】
図６（ｂ）では、捕集容器１１全体を管状に形成している。管状であることから捕集容器１１の表面積は大きく、捕集容器１１内の排気ガスを速やかに冷却することが可能である。
【００４１】
図６（ｃ）では、捕集容器１１の周囲に空気の流れを生じさせ、熱交換率を高めている。図に示すように、車両の走行によって生じる空気の流れを利用して捕集容器１１を冷却してもよいし、冷却ファン３０…３０を設け、積極的に捕集容器１１を冷却してもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の排気浄化方法によれば、捕集容器内で排気ガスを浄化することから、排気ガスの排出に関して自由度が高くなる。すなわち、捕集容器内の排気ガスを吸気通路や排気通路に還流させることも可能であるし、捕集容器から直接大気へ放出することも可能である。しかも、排気通路で排気ガスを浄化する場合には、排気ガスを逐次浄化して排出する必要性から、排気ガスが触媒に流入してから流出するまでの短時間に排気ガスを浄化しなければならず、即時性に富む触媒を利用しなければならないが、捕集容器にて浄化する場合には、排気ガスを逐次浄化して排出する必要はなく、繰り返し排気ガスを触媒に接触させることも可能であり、即時性に乏しい触媒を利用することも可能である。さらに、捕集された排気ガスは次第に冷却されることから、常温で使用される触媒を利用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の構成を示す図。
【図２】図１の排気浄化装置の浄化部の構成を示す図。
【図３】図１のＥＣＵが実行する排出ルーチンの手順を示すフローチャート。
【図４】図２の浄化部の変形例を示す図。
【図５】図１の捕集容器及び浄化部の変形例を示す図。
【図６】図１の排気浄化装置の変形例を示す図。
【符号の説明】
１　内燃機関
３　吸気通路
４　排気通路
７　触媒
９　ＥＣＵ（制御装置）
１０　排気浄化装置
１１　捕集容器
１１ａ　収納部
１１ｂ　管状部
１２　排気ガス取り出し通路
１４　切替弁
１５　開閉弁（弁手段）
２０　筐体
２０ａ　循環通路
２１　ファン（循環手段）
２２　フィルタ（浄化手段）

Claims

内燃機関から排出される排気ガスを捕集容器に捕集する工程と、前記捕集容器内に排気ガスを保持しつつ、前記捕集容器に設けられた浄化手段を利用してその排気ガスを浄化する工程とを備えたことを特徴とする排気浄化方法。
前記浄化する工程では、前記捕集容器内の排気ガスが前記浄化手段を通過するように前記捕集容器内で排気ガスを循環させることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化方法。
所定のレベルまで浄化された排気ガスを前記捕集容器から排出する工程を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化方法。
内燃機関の排気通路から取り込んだ排気ガスを保持可能な捕集容器と、前記捕集容器内の排気ガスを浄化する浄化手段とを備えたことを特徴とする排気浄化装置。
前記浄化手段として吸着触媒が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の排気浄化装置。
前記浄化手段として光触媒が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の排気浄化装置。
前記捕集容器内の排気ガスが前記浄化手段を通過するように前記捕集容器内で排気ガスを循環させる循環手段を備えることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
前記捕集容器は、排気ガスを循環させる循環通路を含んで構成され、前記浄化手段は前記循環通路内の排気ガスを浄化することを特徴とする請求項７に記載の排気浄化装置。
前記捕集容器は、排気ガスを蓄える収納部と、前記収納部の外部に設けられる管状部とを含み、
前記管状部の内部は前記循環通路として利用され、
前記浄化手段は、前記管状部に取り付けられていることを特徴とする請求項８に記載の排気浄化装置。
前記捕集容器は、排気ガスを蓄える収納部を含み、
前記循環通路は、前記収納部の内部を仕切るように形成されていることを特徴とする請求項８に記載の排気浄化装置。
前記捕集容器内の排気ガスの排出を許可する位置とその排出を阻止する位置との間で切り替え可能な弁手段と、
前記弁手段の切り替えを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、所定のレベルまで浄化された排気ガスを前記捕集容器から排出するように前記弁手段を制御することを特徴とする請求項４〜１０のいずれか１項に記載の排気浄化装置。